(57)【要約】      （修正有）【課題】種々の負荷条件（軽度の負荷および高インピーダンスを含む）下において、一定かつ迅速な様式でエネルギーを放出し得る、電気外科用発電器の提供。【解決手段】電気外科用発電器１０であって、直流を発生するための高電圧電力供給器２８；直流を高周波エネルギーに変換するための高周波出力段３０；ならびに、以下：高電圧電源を制御するためのパルス幅変調器；出力シグナル電圧と上記高電圧電源によって発生したフィードバック電圧との間の差異として、エラーシグナルを送るように構成されており、上記エラーシグナルは、上記パルス幅変調器に伝達される、エラーシグナル発生回路；および、上記エラーシグナルが、上記出力を放出するための第１の所定の閾値よりも小さい場合に、上記高電圧電源の出力と並列する負荷に切り換えるように構成されている、スイッチング回路を備える、回路、を備える、電気外科用発電器。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気外科用発電器であって、以下：
直流を発生するための高電圧電力供給器；
直流を高周波エネルギーに変換するための高周波出力段；ならびに
回路であって、以下：
高電圧電源を制御するためのパルス幅変調器；
エラーシグナル発生回路であって、出力シグナル電圧と該高電圧電源によって発生したフィードバック電圧との間の差異として、エラーシグナルを送るように構成されており、該エラーシグナルは、該パルス幅変調器に伝達される、エラーシグナル発生回路；および
スイッチング回路であって、該エラーシグナルが、該出力を放出するための第１の所定の閾値よりも小さい場合に、該高電圧電源の出力と並列する負荷に切り換えるように構成されている、スイッチング回路、
を備える、回路、
を備える、電気外科用発電器。
【請求項２】
前記第１の所定の閾値が０．５Ｖである、請求項１に記載の電気外科用発電器。
【請求項３】
前記パルス幅変調器が、前記エラーシグナルが第２の所定の閾値よりも低い場合に停止する、請求項１に記載の電気外科用発電器。
【請求項４】
前記第２の所定の閾値が０．７Ｖである、請求項３に記載の電気外科用発電器。
【請求項５】
前記能動放電回路が、以下：
前記高電圧電力供給器からの電流を方向付けるための、少なくとも１つのダイオード
をさらに備える、請求項１に記載の電気外科用発電器。
【請求項６】
請求項１に記載の電気外科用発電器であって、前記スイッチング回路が、以下：
抵抗素子；および
スイッチング素子
を備える、電気外科用発電器。
【請求項７】
前記スイッチング素子が、トランジスタである、請求項６に記載の電気外科用発電器。
【請求項８】
前記トランジスタが、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、酸化金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、および絶縁ゲートバイポーラートランジスタ（ＩＧＢＴ）からなる群より選択される、請求項７に記載の電気外科用発電器。
【請求項９】
前記抵抗素子が、５オームの抵抗を有する、請求項６に記載の電気外科用発電器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（１．分野）
本開示は、一般的に電気外科システムに関し、そしてより詳細には、電気外科用発電器の高圧直流（ＨＶＤＣ）電源の過剰なエネルギーを放出するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
（関連技術の説明）
電気外科手術は、組織を切断、封鎖、切除、または凝固させるための、外科手術部位への高周波電流の適用を包含する。単極電気外科手術において、電源または能動電極は、電気外科用発電器から組織へ高周波エネルギーを送達し、そして帰還電極は、発電器に電流を帰還させる。単極電気外科において、電源電極は、代表的に、外科手術用装置の一部であり、手術医に保持されて処置されるべき組織に適用される。患者の帰還電極は、能動電極から離れて配置されて、発電器に電流を帰還させる。
【０００３】
双極電気外科手術において、携帯型装置は、代表的に、２つの電極を備える（例えば、電気外科用鉗子）。携帯型装置のそれら電極のうちの一方は能動電極として機能し、他方は帰還電極として機能する。帰還電極は、能動（すなわち、電流供給用）電極に密接して配置され、その結果、２つの電極の間に電気回路が形成される。この様式において、付与される電流は、この２つの電極の間に位置する身体組織に限定される。
【０００４】
従来の電気外科用発電器は、高周波（ＲＦ）出力段に接続された高圧直流（ＨＶＤＣ）電源を備える。この高周波（ＲＦ）出力段は、ＨＶＤＣによって発生したＤＣエネルギーをＲＦエネルギーに変換する。高圧直流（ＨＶＤＣ）電源は、ＨＶＤＣをＤＣレベルへ切り換えることを円滑にする出力フィルタを備える。このフィルタは、軽度な負荷かつ高インピーダンスのもとで大量のエネルギーを蓄積し得、出力フィルタの放電は、ゆっくりである。結果として、発電器応答時間は顕著に低下し、そのことによって、発電器が速やかにエネルギーのパルスを出す能力、または軽度な負荷の間に迅速に応答する能力を制限する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、種々の負荷条件（軽度の負荷および高インピーダンスを含む）下において、一定かつ迅速な様式でエネルギーを放出し得る、電気外科用発電器に対する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
電気外科用発電器における、蓄積エネルギーを放出するための回路が開示される。この回路は、高電圧電源を制御するためのパルス幅変調器、上記高電圧電源によって発生したフィードバック電圧と出力シグナル電圧との間の差としてエラーシグナルを送るために構成されているエラーシグナル発生回路を備える。このエラーシグナルは、パルス幅変調器に伝達される。上記回路は、エラーシグナルが、出力を放出するための第一の所定の閾値よりも小さい場合に、高電電源の出力と並列する負荷に切り換えるために構成されているスイッチング回路をさらに備える。
【０００７】
これまでの課題を解決するために、本発明は、以下を提供する。
（項目１）
電気外科用発電器であって、以下：
直流を発生するための高電圧電力供給器；
直流を高周波エネルギーに変換するための高周波出力段；ならびに
回路であって、以下：
高電圧電源を制御するためのパルス幅変調器；
エラーシグナル発生回路であって、出力シグナル電圧と該高電圧電源によって発生したフィードバック電圧との間の差異として、エラーシグナルを送るように構成されており、該エラーシグナルは、該パルス幅変調器に伝達される、エラーシグナル発生回路；および
スイッチング回路であって、該エラーシグナルが、該出力を放出するための第１の所定の閾値よりも小さい場合に、該高電圧電源の出力と並列する負荷に切り換えるように構成されている、スイッチング回路、
を備える、回路、
を備える、電気外科用発電器。
（項目２）
前記第１の所定の閾値が０．５Ｖである、項目１に記載の電気外科用発電器。
（項目３）
前記パルス幅変調器が、前記エラーシグナルが第２の所定の閾値よりも低い場合に停止する、項目１に記載の電気外科用発電器。
（項目４）
前記第２の所定の閾値が０．７Ｖである、項目３に記載の電気外科用発電器。
（項目５）
前記能動放電回路が、以下：
前記高電圧電力供給器からの電流を方向付けるための、少なくとも１つのダイオード
をさらに備える、項目１に記載の電気外科用発電器。
（項目６）
項目１に記載の電気外科用発電器であって、前記スイッチング回路が、以下：
抵抗素子；および
スイッチング素子
を備える、電気外科用発電器。
（項目７）
前記スイッチング素子が、トランジスタである、項目６に記載の電気外科用発電器。
（項目８）
前記トランジスタが、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、酸化金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、および絶縁ゲートバイポーラートランジスタ（ＩＧＢＴ）からなる群より選択される、項目７に記載の電気外科用発電器。
（項目９）
前記抵抗素子が、５オームの抵抗を有する、項目６に記載の電気外科用発電器。
【０００８】
（要旨）
本開示は、電気外科用発電器を提供する。この電気外科用発電器は、蓄積したエネルギーを放出するための回路、および高電圧電源を備える。この能動放電回路は、パルス幅変調器、抵抗素子およびスイッチング回路を有する負荷、およびエラーシグナル発生回路を備える。エラー発生回路は、出力設定点電圧とフィードバック電圧との間の差異を決定し、エラーシグナルを発生する。このエラーシグナルが、第１の所定の閾値よりも小さい場合、上記スイッチング回路は、負荷を作動させ、この負荷を通じて上記高電圧電源によって供給される電流をシンクする。このシグナルが第２の所定の閾値より上である場合、パルス幅変調器のスイッチが入る。このことによって、上記パルス幅変調器と負荷とが同時に起動しないことが保証される。
【０００９】
本開示の一実施形態に従って、電気外科用発電器において蓄積エネルギーを放出するための回路が開示される。この回路は、高電圧電源を制御するためのパルス幅変調器、出力シグナル電圧と高電圧電源によって発生したフィードバック電圧との間の差異として、エラーシグナルを送るために構成されているエラーシグナル発生回路、を備える。このエラーシグナルは、このエラーシグナルがパルス幅変調器を起動するに十分大きい場合、パルス幅変調器に伝達される。上記回路は、上記エラーシグナルが、上記出力を放出するための第１の所定の閾値よりも小さい場合に、高電圧電源の出力と並列する負荷に切り換えるように構成されているスイッチング回路をさらに備える。
【００１０】
本開示の別の実施形態に従って、電気外科用発電器が開示される。この発電器は、直流を発生するための高電圧電源、直流を高周波エネルギーに変換するための高周波出力段、および蓄積エネルギーを放出するための回路を備える。この回路は、高電圧電源を制御するためのパルス幅変調器、出力シグナル電圧と高電圧電源によって発生したフィードバック電圧との間の差異として、エラーシグナルを送るように構成されているエラーシグナル発生回路を備える。このエラーシグナルは、パルス幅変調器に伝達される。上記回路は、上記エラーシグナルが、上記出力を放出するための第１の所定の閾値よりも小さい場合に、高電圧電源の出力と並列する負荷に切り換えるように構成されている、スイッチング回路をさらに備える。
【００１１】
本開示のさらなる局面に従って、電気外科用発電器中の回路に蓄積されたエネルギーを放出するための方法が開示される。この方法は、以下を包含する：出力設定点電圧と高電圧電源によって発生したフィードバック電圧との間の差異としてエラーシグナルを生成する工程、このエラーシグナルと第１の所定の閾値とを比較する工程、このエラーシグナルが出力を放出するための第１の所定の閾値よりも小さい場合に高電圧電源の出力と並列する負荷を作動させる工程、およびこのエラーシグナルが第２の所定の閾値よりも上である場合にパルス幅変調器を作動させる工程。
【００１２】
本開示の上記および他の局面、特徴および利点は、付随する図面と合わせて理解される場合、以下の詳細な説明によってより明らかになる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によって、種々の負荷条件（軽度の負荷および高インピーダンスを含む）下において、一定かつ迅速な様式でエネルギーを放出し得、速やかにエネルギーのパルスを出し得る、電気外科用発電器が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（詳細な説明）
本開示の好ましい実施形態は、付随する図面を参照して本明細書において以下に記載される。以下の説明において、不必要な詳述によって本開示を不明瞭にすることを避けるため、周知の機能または構成は、詳細には記載しない。
【００１５】
本開示は、電気外科用発電器を提供する。この電気外科用発電器は、ＤＣ電圧を供給するための高電圧電源、出力フィルタ、およびこの出力フィルタに蓄積されたエネルギーを効率的に放出するための能動放電回路を備える。この能動放電回路は、出力フィルタと並列する負荷に切り換えることによって、この出力フィルタに蓄積されたエネルギーを、外部負荷の抵抗に関係なく一定の様式で放出する。
【００１６】
本開示に従う発電器は、双極電気外科デバイスおよび単極電気外科デバイスとともに使用され得る。図１は、単極電気外科システム１の模式的図解である。システム１は、患者Ｐの組織を処置するための能動電極１４と帰還電極１６とを備える。電気外科用ＲＦエネルギーは、発電器１０によって、ケーブル１８を介して能動電極１４に供給される。これによって、能動電極１４は、組織の切除、切断もしくは凝固が可能になる。帰還電極１６は、患者Ｐに配置され、エネルギーを患者Ｐからケーブル１５を介して発電器１０に帰還させる。
【００１７】
発電器１０は、この発電器１０を制御するための入力制御器（例えば、ボタン、作動器、スイッチなど）を備え得る。この制御器は、外科医がＲＦエネルギーの出力、波形、および他のパラメータを調節して、特定の作業（例えば、切断、凝固など）に適切な所望の波形を実現することを可能にする。ケーブル１８上で発電器１０と能動電極１４との間に配置されるのは、ハンドピース１２である。このハンドピース１２は、発電器１０の特定の入力制御器と重複してもよい、複数の入力制御器を備える。ハンドピース１２に入力制御器を配置することによって、外科医に、その注意を外科手術部位から逸らせて発電器１０に向けさせることなく、外科手術手順中でのＲＦエネルギーパラメータのより簡便かつ迅速な変更が可能になる。
【００１８】
図２は、制御器２６、高圧ＤＣ電源（ＨＶＤＣ）２８、およびＲＦ出力段３０を有する発電器１０の模式的ブロック図を示す。制御器２６は、マイクロプロセッサを備え、このマイクロプロセッサの出力ポートは、ＨＶＤＣ  ２８に電気的に接続されている。ＨＶＤＣ  ２８は、ＲＦ出力段３０にＤＣ電力を供給するように構成されている。制御器２６は、発電器１０および／またはハンドピース１２からの入力シグナル（例えば、設定点）を受ける。次いで、制御器２６は、発電器１０（より具体的には、ＨＶＤＣ  ２８）により出力される電力を調節し、そして／または他のその制御機能を実行する。
【００１９】
ＲＦ出力段３０は、ＤＣ電力をＲＦエネルギーに変換し、このＲＦエネルギーを能動電極１４に送る。さらに、ＲＦ出力段３０はまた、帰還電極１６からのＲＦエネルギーを受ける。ＨＶＤＣ  ２８の出力は、ＲＦの大きさ（例えば、振幅）を変更し、それによって組織に送達されるＲＦエネルギーの強さを調節するように、変動され得る。このことによって、送達されたＲＦエネルギーの強さの精密な調節が可能になる。
【００２０】
出力エネルギーの調節は、制御器２６（例えば、マイクロプロセッサ）によって、アルゴリズムおよび／またはソフトウェアを使用して制御される。制御器２６は、種々の組織および出力エネルギー特性を感知して、制御器２６に特性データを報告するセンサ２９を備える、クローズドコントロールループを形成する。このクローズドコントロールループは、センサ２９によって感知された特性に基づいた出力エネルギーのリアルタイム調節を可能にする。より具体的には、このクローズドコントロールループは、センサ２９からのシグナルを処理して、約２５０μ秒で対応する調節を行い得る。ＨＶＤＣ  ２８は、同様の速度で電流を供給および放出し得る（例えば、約３００Ｖ／ｍ秒以内での供給、および約７Ｖ／ｍ秒以内での放出）。
【００２１】
図３を参照すると、電流の放出は、能動放電回路（ＡＤＣ）３１（ＨＶＤＣ  ２８の構成要素）を使用して達成される。この能動放電回路は、出力コンデンサ３４と並列する負荷３６（例えば、１つ以上の抵抗器）を切り換える回路である。ＨＶＤＣ  ２８は、出力接続部３５にダイオード３３を備える。このダイオード３３は、電流がＨＶＤＣ  ２８からフィルタ３２へと流れ出ることを可能にする。負荷３６は、コンデンサ３４に蓄積されたエネルギーを放出する。放出の間、ダイオード３３は、放出された電流がＨＶＤＣ  ２８に逆流することを防止し、それによって能動電極１４へ電流を方向付ける。
【００２２】
図４は、ＡＤＣ  ３１をより詳細に示し、そして発電器１０の他の構成要素を示す。出力接続部３５および入力接続部３７は、放出の間に出力電流がＨＶＤＣ  ２８へと戻ることを遮断する、複数のダイオード３３を備える。ＨＶＤＣ  ２８は、パルス幅変調器３８（これは、Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓから入手可能なＰｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ  ＵＣＣ３８９５であり得る）に接続され、ＨＶＤＣ  ２８の出力を制御する。パルス幅変調器３８は、一方のハーフブリッジスイッチングをもう一方のハーフブリッジに対して位相シフトすることによって、フルブリッジ動力段３３の制御を実施する。このことにより、共振０電位スイッチと併せた一定周期でのパルス幅変調は、高周波数において高い効率を提供し、そしてパルス幅変調器３８は、電圧モード制御器または電流モード制御器のいずれかとして使用され得る。
【００２３】
パルス幅変調器３８は、エラーシグナル発生回路（第１のコンパレータ５２）によって生じるエラーシグナルを受容するように構成される。エラーシグナルは、ＨＶＤＣ  ２８の出力設定点（例えば、ＥＣＯＮ−所定の出力電圧）とＨＶＤＣ  ２８の電圧フィードバック（ＶＦＢ−ＨＶＤＣ  ２８によって発生した実際の出力電圧）との差異から生じる。ＶＦＢがＥＣＯＮより高い場合、ＡＤＣ  ３１なしでは、このシグナルは０Ｖである。これによって、パルス幅変調器３８を作動させるためにこのシグナルが増大するのを待つため、ループは遅れる。ＡＤＣ  ３１は、この問題を回避して過度に低く落ちないようにシグナルを維持する。なぜなら、ＡＤＣ  ３１は、ＨＶＤＣ  ２８の出力を、シグナルが落ち得るよりも速く放出するからである。エラーシグナルは、シフト制御器３８に送られ、シフト制御器３８は、エラーシグナルを第２の所定のシグナルと比較する。このシグナルが第２の所定の閾値（約０．７Ｖ）より低く落ちる場合、パルス幅変調器３８は停止し、そしてＡＤＣ  ３１が動作するようになる。パルス幅変調器３８が停止する場合、ＨＶＤＣ  ２８は、電流供給を停止する。
【００２４】
エラーシグナルはまた、第２のコンパレータ５０において、第１の所定の閾値（約０．５Ｖ）に対して比較される。したがって、シグナルがこのレベルより低い場合、ＡＤＣ  ３１が起動する。このことは、ＡＤＣ  ３１がオンの場合にパルス幅変調器３８が起動しないことを保証し、それによって、ＨＶＤＣ  ２８がＡＤＣ  ３１につながる確率を低下させる。第２のコンパレータ５０へ入るこのシグナルは、フィルタリングされておらず、ＡＤＣ  ３１からの相対的に速い応答を可能にする。パルス幅変調器３８の停止とＡＤＣ  ３１の起動との間（またはその逆）のこの時間は、約５μ秒である。
【００２５】
上記で考察されるように、コンデンサ３４は、負荷３６と並列し、負荷３６は、電流を放出するために使用される。負荷３６は、ゲート駆動電圧を提供し、スイッチング素子４０および抵抗素子４２を備える。スイッチング素子４０は、トランジスタであり得る（例えば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、酸化金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、および絶縁ゲートバイポーラートランジスタ（ＩＧＢＴ）、継電器など）。抵抗素子４２は、スイッチング素子４０と直列であり、接地４４につながる。これは、ソースフォロワとしても公知である。このソースフォロワは、抵抗素子４２を通って流れる電流の量を制限する。抵抗素子４２を通って流れる電流の量が増加するにしたがって、この抵抗素子４２全体にかかる電圧も同じく増加する。この電圧は、電流が所定の閾値に到達するにつれてゲート駆動電圧から差し引かれ、スイッチング素子４０をオフにさせ、それによって可変抵抗を動作させる。抵抗素子４２は、例えば、約５オームの抵抗（電流を約２アンペア未満に制限する）を有する。例えば、抵抗素子４２は、約２Ｖおよび２Ａで起動し、１２Ｖのゲート駆動電圧から１０Ｖ（２Ａ×５オーム）を差し引く。このことにより、ＨＶＤＣ  ２８および他の出力構成要素への負担が低減する。
【実施例】
【００２６】
図５Ａ〜図５Ｅは、ＨＶＤＣ  ２８出力のグラフである。図５Ａは、ＡＤＣ  ３１がない場合のＨＶＤＣ  ２８の出力応答を示し、図５Ｂは、ＡＤＣ  ３１を備えるＨＶＤＣ  ２８の出力応答を示す。波形６０は、ＥＣＯＮ電圧（例えば、所定の出力電圧）を表し、約０．５Ｖと約１Ｖとの間で変動する。波形６２は、実際のシグナル電圧出力（例えば、電圧フィードバック）であり、約２００オームの負荷への、ＨＶＤＣ  ２８の１ＫＨｚのサイン波である。図５Ａにおいて、波形６０、６２は、互いに揃っていない。このことは、電流の放出の遅れを表す。図５Ｂにおいて、波形６０、６２は、ＡＤＣ  ３１によって生じるより迅速な放出に起因して、互いによりよく揃っている。
【００２７】
図５Ｃ〜図５Ｄは、スイッチング素子４０のゲート駆動を表す波形６４を示す。ゲート駆動波形６４が上昇を示す場合、それは、スイッチング素子４０がオンであり、これによって出力全体にわたって５オームの負荷が作動していることを表す。図５Ｃにおいて、ゲート駆動は、非常に迅速に（例えば、波形６０、６２の下向き傾斜部分の間に）オンおよびオフに脈動する。このゲート駆動は、波形６０、６２の上向き傾斜部分の間、オフである。図５Ｄは、パルス頻度（約２３０ＫＨｚ）を示すゲート駆動の拡大図を示す。これは、ＡＤＣ  ２８が０．５Ｖより低く落ちずに維持されていることを示す。
【００２８】
図５Ｅ〜図５Ｆは、波形６０、６２、および６４の間の時間差を示す。より具体的には、図５Ｅは、パルス幅変調器２８の停止とＡＤＣ  ３１の起動との間の期間が約４μ秒であることを示し、図５Ｆは、パルス幅変調器２８の起動とＡＤＣ  ３１の停止との間の期間が約１５μ秒であることを示す。このことは、ＡＤＣ  ３１とパルス幅変調器２８とが同時に作動しないことを示す。このことによって、発電器１０の構成要素の過負荷の危険性は減少する。
【００２９】
本開示の記載される実施形態は、制限ではなく説明であることが意図され、そして本開示の全ての実施形態を表すことを意図しない。逐語的にも法律上認められる等価物としても上記の特許請求の範囲に示される、本開示の精神または範囲から逸脱することなく、種々の改変および変更がなされ得る。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本開示に従う電気外科システムの一実施形態の、模式的ブロック図である。
【図２】図２は、本開示に従う発電器の模式的ブロック図である。
【図３】図３は、本開示に従う高圧直流（ＨＶＤＣ）電源の、模式的ブロック図である。
【図４】図４は、本開示に従うＨＶＤＣ電源の回路図である。
【図５−１】図５Ａ〜図５Ｃは、本開示のＨＶＤＣ電源によって発生したサイン波入出力によるＨＶＤＣ応答のグラフである。
【図５−２】図５Ｄ〜図５Ｆは、本開示のＨＶＤＣ電源によって発生したサイン波入出力によるＨＶＤＣ応答のグラフである。
【符号の説明】
【００３１】
１０  発電器
１２  ハンドピース
１４  能動電極
１５  ケーブル
１６  帰還電極
１８  ケーブル
２６  制御器
２８  ＨＶＤＣ
２９  センサ
３０  ＲＦ出力段
３１  ＡＤＣ
３２  フィルタ
３３  ダイオード
３４  出力コンデンサ
３５  出力接続部
３６  負荷
３７  入力接続部
３８  パルス幅変調器
４０  スイッチング素子
４２  抵抗素子
４４  接地
５０  第２のコンパレータ
５２  第１のコンパレータ
【図１】
2007111529.tif 000003
【図２】
2007111529.tif 000004
【図３】
2007111529.tif 000005
【図４】
2007111529.tif 000006
【図５−１】
2007111529.tif 000007
【図５−２】
2007111529.tif 000008